卧式锚链拉力试验机测力及液压控制系统改造

张毅

摘 要：随着造船海洋工业技术的进步，锚链产品呈超长及大规格高强度发展。卧式锚链拉力试验机是锚链生产中常见主要检测设备。近年来，公司20MN卧式锚链拉力试验机原有设计方案不能满足计量检测要求，本人对设备中测力系统和液压控制系统存在影响计量检测的问题进行重新设计，解决了拉力机计量及液压控制系统拉力检测和回程中保压问题，项目实施后达到检测要求。

关键词：锚链；压力传感器；恒压变量；比例溢流；比例换向

中图分类号：TH137.9 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）21-0046-02

1 卧式锚链拉力试验机工作原理

锚链产品最长可达1500米，常采用卧式拉力试验分段连续拉力检测形式[1]。拉力机照片和主要部件结构图1和图2所示。

四根拉杆4穿过机架5左端孔将两个梁2连接成小车；主油缸6缸体用若干螺栓连接在机架上，活塞杆端与测力装置4连接；球头座7用螺栓连接主油缸6缸体右端；在测力装置4用若干螺栓连接在小车左端梁2的内侧；四个夹紧臂9用销轴8分别安装在小车右端梁2和机架右端的孔内。

动作过程。在导链轮和送料小车作用下，待进行拉力试验的锚链输送到适当的位置，四个油缸驱动的夹紧臂摆动实现锚链的夹紧；另外四个油缸带动两个U型锁块沿水平方向运动，锁紧夹紧臂的外侧；主油缸驱动小车向左运动实现拉力试验。

2 测力系统

2.1 测力装置

测力装置图3所示。

受力盘2用若干螺栓连接在拉力机小车梁的内侧；球头座6用螺栓连接在主油缸活塞杆的端面；导向座4上有两个导向带5；导向座4与传感器3用螺纹连接；把传感器3置入连接套孔中；两个半法兰7卡入活塞杆端的槽中用若干螺栓连接在拉力机小车梁的内侧。

2.1.1 主要部件

（1）压力传感器。利用压磁效应制造而成，具有精度高、重复性好、温漂小和抗过载能力强的特点。技术指标要求：额定负荷24MN；校准精度0.5%；非线性误差0.5%；零位温漂±100ppm/k；灵敏度温漂±100ppm/k；补偿至最小误差使用范围20至80℃；允许连续使用最大温度范围-40至90℃；滞环0.2%；重复性精度0.1%；压缩量0.05mm；不影响性能最大过载量300%额定载荷；不破坏传感器最大过载量500%额定载荷。（2）受力盘。材质40Cr热处理至HB260-280，受压表面HRC40至42。

2.1.2 结构特点

传感器安装导向装置可使其在连接套的孔中小量平稳直线运动；活塞杆端的球头座可使传感器端面受力均匀；活塞杆端槽与两个半法兰轴向有小量间隙，小车向右换向时传感器迅速松开，测力装置示数可迅速到0，以免系统残余压力的影响。

2.2 计量检测

2.2.1 计量检测要求

拉力机测力装置的示值相对标准传感器误差在拉力4-20MN范围内±1%；即以力传感器满量程20%（4MN）为起点，然后以40%（8MN）、60%（12MN）、80%（16MN）及100%（20MN）其精度满足要求。

2.2.2 计量检测装置

计量检测装置图4所示。

球头座5用螺栓连接在主油缸5缸底；受力盘7用螺栓连接在梁8端面；标准传感器定位孔穿在受力盘的圆柱形台阶上，其环形面受压力。

2.2.3 结构特点

为确保标准传感器承受压力均匀，在主油缸底再加球头座。尽可能使标准传感器与测力装置传感器示值一致。

3 液压控制系统

3.1 锚链拉力机主油缸液压系统要求

系统最高工作压力20MPa。加荷、卸荷平稳，拉力检测及回程保压时间可在0-60秒内调定，保压时间内负荷变化量不大于最大负荷的1%。保壓分8档，分别为5、10、15、20、30、40、50、60秒[2]。

3.2 主油缸控制系统

主油缸控制系统原理图5所示。

3.3 主要元件选用

采用电液比例阀与放相应大器配套使用能简单实现系统远距离自动控制。其中电液比例溢流阀可实现系统压力自动设置；电液比例换向阀可提高换向速度并防止惯性冲击。定量叶片泵可在中低压（不大于6MPa）下，快速实现欲检测锚链夹紧、松开及锁紧等动作，提高生产效率。拉力试验时采用恒压变量柱塞泵提高原动力，其实质为定值调节系统，它能使泵在排出流量变化下，基本保持排油压力为恒定，并且泵的输出压力在一定范围内任意调定。

3.4 控制过程

拉力试验时，系统按照产品要求调整比例溢流阀和恒压变量柱塞泵设定额定压力；定量叶片泵通过调整电磁溢流阀设定其工作压力（一般设为不超过6MPa），其流量250l/min。开泵后，控制叶片泵的电磁溢流阀得电建压，通过两端四个夹紧臂将待拉力试验的锚链两端的链环夹持；再用两个U型锁块将两端四个夹紧臂锁紧；然后通过控制主油缸将快速将锚链拉紧，以便下一步加载；控制恒压变量柱塞泵的电液比例溢流阀得电建压，当系统压力超过6MPa时，定量叶片泵端的单向阀a关闭，电磁溢流阀失电卸荷，系统由恒压变量柱塞泵供油加载。当系统压力加载到额定值时自动进入保压状态，保压达到工艺要求时间后，电液比例溢流阀失电卸荷，卸荷后测力系统示指为0时，控制叶片泵电磁溢流阀得电建压，锁块和夹紧臂松开，进入下一循环。

拉力计量检测时，按计量要求将标准压力传感器安装后，调整比例溢流阀和恒压变量柱塞泵设定压力达到20MN拉力所需的系统压力；控制比例溢流阀系统压力依次到20%（4MN）、40%（8MN）、60%（12MN）、80%（16MN）及100%（20MN）后保压，计量拉力机的的传感器和标准压力传感器的示值；控制比例溢流阀系统压力依次到80%（16MN）、60%（12MN）、40%（8MN）及20%（4MN）后保压，计量拉力机的的传感器和标准压力传感器的示值。检测拉力机的的传感器达到计量标准后结束。

4 结语

此方案在实施后达到拉力试验机检测要求后，公司在2MN、5MN、12MN和40MN锚链拉力试验机推广使用。

参考文献

[1]周润景.传感器与检测技术[M].电子工业出版社，2012.

[2]周士昌.机械设计手册[M].机械工业出版社，1992.endprint